Компоновочные схемы приёмоусилительных

ФЯ МЭА III поколения

4.5.1. Особенности компоновки микроэлектронных приемоусилительных ФЯ обусловлены спецификой их назначения и работы, а именно, следующими характерными свойствами:

-функциональная сложность приемоусилительных ячеек обычно соответствует тому или иному тракту устройства, например тракту УВЧ, УПЧ или УНЧ;

-наличие определенных рабочих частот трактов вызывает необходимость экранировки ФЯ и развязки их по частоте;

-в зависимости от рабочего диапазона частот трактов в конструкциях ФЯ могут быть применены различные частотно-избирательные узлы и микросхемы (ЧИМ), имеющие разные уровни добротности, стабильности и степени планарности конструкции;

-большой динамический диапазон изменения сигнала накладывает требования его последовательного усиления и преобразования, что наиболее полно удовлетворяется компоновкой ФУ и МСБ в виде “линеек”, “цепочек” усиления и преобразования уровня сигнала;

-внедрение в приемоусилительные устройства цифровых способов обработки сигнала приводит к сочетанию в конструкциях ФЯ правил компоновки аналоговой и цифровой МЭА (ячейки ФАП).

 

 

4.5.2. В диапазоне частот от сотен килогерц до десятков мегагерц (тракты УПЧ) применяют конструкции ФЯ, выполненные на корпусированных универсальных усилительных ИС ШП и миниатюрных каркасных катушках индуктивности, скомпонованных в виде линеек на печатной плате (рис.4.25).

Рис 4.25 Конструкция аналоговой ФЯ из корпусированных ИС и каркасных катушек.

1-МПП; 2-ИС; 3-навесной ЭРЭ; 4-каркасная катушка индуктивности с магнитным сердечником; 5-корпус –экран; 6-разъем ячейки.

Состав: 1) 10 корпусированных ИС ШП (универсальные усилители в корпусе 151.15-4)

2) 12 навесных ЭРЭ (R,C) 3)МПП; L=0,5мГн

На печатной плате также устанавливаются навесные малогабаритные дискретные элементы (резисторы ОМЛТ-0,125, конденсаторы КМ, К53-18 и др.), а также разъемы высокой частоты (СР-50), низкочастотные разъемы (ГРПП и др.), втулки крепления, экраны и т.п. Катушки индуктивности при добротностях не менее 50...60 имеют диаметр 4...5мм и высоту 8...10мм. Наряду с каркасными катушками индуктивности могут применяться также тороидальные с добротностью 20...30. Высота ИС ШП обычно составляет 5мм, т.е. существует разновысотность в компоновке между ИС и катушками, что приводит к значительному коэффициенту дезинтеграции объема ФЯ.

 

4.5.3.В диапазоне частот от единиц до десятков-сотен мегагерц в конструкциях ФЯ вместо каркасных катушек применяют корпусированные интегральные пьезофильтры (ИПФ) на объемных волнах (рис.4.26.). Диапазон рабочих частот- 3...30МГц, на гармониках- до 250 МГц. Для кварцевых ИПФ добротность составляет ... , стабильность- , для керамических добротность на порядок ниже, а стабильность- . Остальные элементы компонуются так же, как и ранее. Коэффициент дезинтеграции объема здесь меньше; т.к. высота корпусов ИС ШП и ИПФ одна и та же, кстати и форма корпусов также часто совпадает, например корпус 151.15-4

 

Рис 4.26 Корпусированный интегральный пьезофильтр

 

 

4.5.4. В конструкциях ФЯ трактов УВЧ (диапазон частот от десятков МГц до единиц ГГц) при тех же правилах компоновки используют корпусированные интегральные пьезофильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с добротностью 100...1000. Конструкция корпусированного ИПФ ПАВ со снятой крышкой показана на рис 4.27. На пьезоподложке расположены гребенчатые преобразователи, резонансная частота которых равна отношению скорости распределения ПАВ [м/c] к удвоенному периоду решетки [м]. В этом же корпусе на подложке пленочные катушки и резисторы, установлены бескорпусные конденсаторы, т.е. в целом это представляет корпусированную ЧИМ.

 

Рис 4.27 Корпусированный интегральный пьезофильтр на поверхностных волнах

 

4.5.5. В низкочастотных трактах приемоусилительных устройств применяются ЧИМ в виде активных RC –фильтров на операционных усилителях, цифровых и кварцевых фильтров.

 

 

Компоновочные схемы приемоусилительных

ФЯ МЭА IV поколения

4.6.1. Основным отличием компоновки ФЯ IV поколения приемоусилительных устройств является то, что как усилительные узлы, так и частотно-избирательные, выполняются в виде бескорпусных МСБ, компонуемых на печатной плате или металлическом основании и герметизируемых в корпусе-экране типа “пенал ”.Конструкции в этих случаях более планарны и более компактны (рис 4.27). Для ИФ на ПАВ связь между его конструктивными и электрическими параметрами определяется скоростью () распространения поверхностных акустических колебаний, их длиной волны (), числом пар пленочных излучателей N, а также расстоянием между ними, равная .

Резонансная частота фильтра равна , а его добротность Q=N; отсюда видно, что верхний предел рабочей частоты определяется разрешающей способностью получения зазора между излучателями, которая зависит от технологии изготовления фильтра. Нижний предел частоты фильтра определяют геометрические ограничения при большой площади, занимаемой излучателем на подложке фильтра. Отсюда, рабочий диапазон для ИФ ПАВ находится от 10-1000МГц при Q=10-1000

 

 

4.6.2. Компоновочная схема ФЯ на печатной плате показана на

рис. 4.28

Рис 4.28 Конструкция аналоговой ФЯ из МСБ и тонкопленочных индуктивных элементов:

1-МПП, 2-б/к МСБ, 3-навесной ЭРЭ, 4-тонкопленочный элемент, 5-корпус-экран, 6-выводные штыри ячейки

 

Бескорпусные усилительные схемы выполнены на ситалловых подложках с навесными компонентами (бескорпусными транзисторами или универсальными ЛИС, конденсаторами серии К10). На печатной плате вместе с ними компонуются пленочные катушки индуктивности на рабочие частоты десятки...сотни МГц и с добротностью до десятков единиц, а также навесные дискретные ЭРЭ, невыполняемые в гибридно-пленочном варианте (электролитические конденсаторы фильтров питания, мегоомные резисторы, выходные и согласующие трансформаторы). Печатная плата крепится к корпусу на втулках-“бобышках”. Высокочастотные разъемы, разъемы питания (“слезки ”), земляной штырь и штенгель-трубка запаяны в боковой стенке корпуса. Несмотря на планарную конструкцию, ФЯ имеет значительные потери как по площади компоновки на печатной плате (до 50...60%), так и по высоте конструкции Последнее вызвано необходимостью удаления верхней крышки корпуса (экрана) от пленочных катушек индуктивностей на 3...3,5 мм, чтобы значительно не снижать их добротность.

4.6.3. Компоновочная схема ФЯ на металлическом основании (рис. 4.29) выполнена на алюминиевой рамке в герметичном корпусе типа “пенал”.

 

Рис. 4.29 Пенальная компоновка приемоусилительных ячеек

 

Герметизация осуществлена “паяным швом”. Бескорпусные МСБ приклеены к планке с одной стороны, а сдругой стороны- приклеена печатная плата и расположены навесные дискретные ЭРЭ (конденсаторы, резисторы, тероидальные катушки индуктивности). По торцам пенала выведены высокочастотные и низкочастотные разъемы, трубка-штенгель и имеются “лапки ” крепления пеналов в пакет. Компоновка типа “пенал” может осуществляться также размещением МСБ и бескорпусных ЧИМ типа ИПФ и фильтров ПАВ непосредственно на анодированном алюминиевом основании с двух сторон по принципу “непрерывной микросхемы”. В этом случае анодированное основание выполняет роль коммутационного уровня II типа. Отсутствие печатной платы и двухсторонняя планарная компоновка значительно снижают потери объема и массы конструкции ФЯ.